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第一作者：Xianchang Yan
通讯作者：吴博宁，金盛烨，田文明，常帅
通讯单位：中国科学院大连化学物理研究所，深圳北理莫斯科州立大学
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03967
摘要
量子点发光二极管（QLED）作为一种显示技术的未来候选者，其电子和空穴注入的不平衡会导致过量电荷，主要是电子，在量子点中的积累。本研究通过操作相同电压下的多个QLED，并使用电泵浦瞬态吸收技术测量累积电子的数量，来分析电子积累对QLED效率的影响。研究涉及186个不同颜色和量子产率的QLED器件。结果显示，当QLED使用量子产率为95%的量子点时，电子积累确实降低了器件效率。然而，在使用量子产率低于70%的量子点的QLED中，更高的累积电子密度提高了器件效率。
研究成果
中国科学院大连化学物理研究所吴博宁和金盛烨，田文明&深圳北理莫斯科州立大学常帅在《Nano Letters》上发表了题为“Elucidating the lmpact of Electron Accumulation in Quantum-Dot Light-Emitting Diodes”的论文，本研究定量分析了量子点发光二极管（QLED）中电子积累的影响。通过电泵浦瞬态吸收（E-TA）光谱技术，研究人员测量了不同颜色和量子产率的量子点中的电子密度，并分析了这些电子密度与QLED性能（亮度、电流和外部量子效率，EQE）之间的关系。研究发现，对于高效量子点（量子产率95%），电子积累会降低QLED效率，而对于效率较低的量子点（量子产率<70%），电子积累则有助于提高QLED效率。
论文亮点
1.电子积累的定量分析：使用E-TA技术定量测量了QLED中的电子密度，并分析了其对器件性能的影响。
2.量子产率与电子积累的关系：揭示了量子点的量子产率与电子积累对QLED性能影响之间的关系。
3.电子积累的双重作用：发现电子积累对QLED性能有正面和负面的双重作用，这取决于量子点的效率。
4.优化QLED性能的策略：为提高QLED性能提供了新的见解，特别是在电子积累和量子点效率方面。
图文导读
图1展示了E-TA技术的示意图和测量信号的物理原理，以及两个红色QLED在正向和反向偏压下的平衡E-TA光谱。
图2展示了不同颜色QLED的亮度与电子密度之间的关系，显示了电子密度与器件亮度之间的正相关性。
图3展示了不同颜色QLED的外部量子效率（EQE）与电子密度之间的关系，揭示了量子点效率对这种关系的影响。
图4探讨了电子积累对QLED寿命的影响，包括电子泄漏和空穴寿命与电子密度之间的关系。
结论
本研究通过对186个红色、蓝色和绿色QLED的统计分析，发现累积电子对器件性能的影响是双重的，其对EQE的影响是正面和负面影响的平衡。这种相关性受到量子点质量的影响。对于效率较低的量子点，正面效应（如减少陷阱诱导的非辐射复合）超过了负面影响。对于高效率的量子点，负面影响（如增加的Auger复合和电子泄漏）变得占主导地位。这些发现为理解累积电子如何影响QLED性能提供了见解，并有望指导未来QLED的优化策略。
作者简介
吴博宁，男，博士，研究员。2012年毕业于中国科学技术大学，获理学学士学位；2017年12月毕业于美国罗格斯大学，获得化学专业博士学位。2018年1月至2020年9月在美国斯坦福大学化学系从事博士后研究。2020年11月加入大连化物所担任副研究员，2022年1月起担任研究员。研究方向：（1）超快光谱学新方法的开发；（2）利用超快光谱方法研究固体材料和液体中的载流子迁移动力学，载流子自旋动力学，溶剂化动力学等。论文发表于J. Am. Chem. Soc, J. Chem. Phys.等学术期刊，获得国家自然科学基金面上项目和中科院专项人才计划支持。
田文明，2015年毕业于中国科学院大连化学物理研究所，获得物理化学专业博士学位。毕业后留所工作至今，2017年晋升为副研究员，2021年晋升为研究员，博士生导师。研究方向为利用自主构建的荧光扫描动力学成像技术解析光电转换材料中的光诱导动力学过程，同时结合电致发光成像、光电流成像以及电泵浦瞬态吸收成像技术解析太阳能电池和电致发光等器件在实际应用过程中的电荷注入以及复合等动力学过程，建立微纳空间动力学参数与器件性能的构效关系。在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat.Commun.等学术期刊上发表论文40余篇，主持国家自然科学基金优秀青年科学基金和兴辽计划青年拔尖人才等项目。获得第七届沈阳分院优秀青年科技人才等奖项，中国妇女第十三届全国代表大会代表。
常帅，深圳北理莫斯科大学材料科学系教授、博士生导师，教育部课程思政教学名师。曾任北京理工大学材料学院长聘副教授、北京理工大学科学技术研究院院长助理，2022年加入深圳北理莫斯科大学。研究方向为可溶液加工低维纳米光电材料与器件。主持国家自然科学基金青年项目、面上项目、中国-白俄罗斯国际合作交流项目等科研项目多项；参与国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金重点项目等项目。担任全国电子显示器件标准化技术委员会委员，中国电子工业标准化技术协会创新成果产业化工作委员会委员，中国真空协会（显示技术专委会）高级会员。目前已在Nature Communications, Energy & Environmental Science, The Journal of Physical Chemistry Letters, Advanced Optical Materials等期刊上发表论文四十余篇，并为2本学术专著撰写章节；授权中国发明专利5项，美国发明专利3项。
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